EMISSIONEN
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57 LANDTECHNIK 3/2002Ilona Motz und Heinz Dieter Kutzbach, Hohenheim
Lachgasemissionen nach Bodenverdichtungen
D
ie anthropogenen N2O-Emissionen kommen zu 50 bis 75 % aus landwirt- schaftlichen Flächen [3]. Aus diesem Grund wurde an der Universität Hohenheim im Rahmen der DFG-Forschergruppe „Klima- relevante Spurengase“ ein Feldversuch auf dem Versuchsgelände Heidfeldhof angelegt.Dort werden Einflüsse unterschiedlicher Be- arbeitungsmaßnahmen auf die Lachgase- missionen untersucht.
Ein wichtiger Einflussfaktor auf die Lach- gasemission sind anaerobe Bedingungen im Boden, die zu einem Emissionsanstieg führen. Anaerobe Bedingungen können auch durch Verdichtungen bei Traktorrüberfahr- ten verursacht werden [1, 2]. [1] hat den Ein- fluss von Traktorüberfahrten auf unter- schiedliche physikalische Bodeneigenschaf- ten nach konventioneller Überfahrt, reduziertem Bodendruck und ohne Boden- druck untersucht. Dabei konnte unter ande- rem ein Einfluss auf Bodendichte, luftge- fülltes Porenvolumen, Luftpermeabilität und Makroporenverteilung festgestellt werden.
[4] fand einen Zusammenhang von stark ver- dichteten Flächen (Reifenspuren) und er- höhter Denitrifikationsrate, da sich in ver- dichteten Flächen nach Regenfällen schnel- ler anaerobe Bedingungen einstellen als in unverdichteten Flächen.
Im November/Dezember 2000 wurde des- halb ein Versuch zu Lachgasemissionen aus unterschiedlich verdichteten Böden durch- geführt. Auf derselben Messfläche fand im August 2001 eine zweite Messreihe statt, um die längerfristigen Auswirkungen
zu untersuchen. Im Folgenden
werden die Ergebnisse der beiden Messrei- hen vorgestellt.
Versuchsfeld Heidfeldhof und Messmethode
Das Versuchsfeld Heidfeldhof liegt etwa 2 km westlich der Universität Hohenheim. Der Boden ist eine pseudovergleyte Parabrauner- de über Löss. Das langjährige Mittel der Niederschläge beträgt 685 mm und der Tem- peratur 8,7 °C. Auf der Fläche war zum Zeit- punkt der Versuche Kleegras eingesät. Zur Messung der klimarelevanten Gase wurden die Hohenheimer Messkammern benutzt, die nach der closed chamber-Methode arbei- ten und bereits in dieser Zeitschrift vorge- stellt wurden [5]. Die Messfläche beträgt 1 m2, die Messkammern werden automatisch mittels PC gesteuert und sind mit automati- schen Probennehmern ausgestattet. Das Vo- lumen der Messhauben beträgt 127 l.
Während der Kammerschließzeit von 1 h werden fünf Gasproben entnommen und an einem Gaschromatographen analysiert.
Versuchsdurchführung
Ein Versuch zur Bodenverdichtung wurde vom 29. 11. bis 17. 12. 2000 durchgeführt.
Die unterschiedlich verdichteten Flächen wurden durch Befahren mit zwei Reifen- drücken und zwei beziehungsweise sechs Überfahrten mit einer Radlast von 15,7 kN erreicht (Tab. 1).
Die Messflächen bestanden aus zwei pa- rallelen Reifenspuren. Auf derselben Fläche wurde vom 24. 8. bis 1. 9. 2001 eine zweite Messkampagne durchgeführt, um die lang- fristigen Auswirkungen von Verdichtungen auf Lachgasemissionen zu quantifizieren.
Die Messkammern blieben von Dezember 2000 bis August 2001 auf der Messfläche stehen, um Störungen im Boden durch Ab- und Aufbauen der Messkammern zu mini- mieren. Auf jeder Messfläche wurden am 9.
12. 2000 2 l unverdünnte Gülle und am 24.
8. 2001 5 l verdünnte Rindergülle (TS 4 %, N-Gehalt 2 %) ausgebracht. Die Bodenver- dichtungen wurden mit Penetrometer mit 20
An der Universität Hohenheim wurden 2000/2001 Lachgasemis- sionen aus verdichteten Flächen gemessen. Die Flächen wurden durch Überfahrten mit verschiede- nen Reifendrücken oder unter- schiedlicher Anzahl der Überfahr- ten verdichtet. Die Ergebnisse zei- gen, dass geringer Bodendruck durch niedrigen Reifendruck zu verminderten Lachgasemissionen führt. Bodenverdichtungen erzeu- gen anaerobe Bodenbedingungen, die erhöhte Lachgasemissionen zur Folge haben können.
Dipl.-Ing. sc. agr. Ilona Motz ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Agrartechnik der Universität Hohenheim, Fachgebiet Verfahrenstech- nik in der Pflanzenproduktion mit Grundlagen der Landtechnik (Leiter: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. H.D.
Kutzbach), Garbenstraße 9, 70593 Stuttgart; e-mail:
ilomotz@uni-hohenheim.de
Schlüsselwörter
Bodendruck, Bodenverdichtung, Lachgasemissio- nen
Keywords
Soil pressure, soil compaction, nitrous oxide emissions
Literatur
Literaturhinweise sind unter LT 02320 über Internet http://www.landwirtschaftsverlag.com/ landtech/lo- cal/fliteratur.htm abrufbar.
Bild 1: Eindringwiderstand der unterschiedlich verdichteten Flächen; Varianten: Reifendruck/An- zahl Überfahrten Fig. 1: Cone resistance of differently compacted areas; treatment: tyre pressure/number of passes
Einstichen pro Variante und Stechzylinder mit sechs Wiederholungen pro Bodentiefe und Variante gemessen.
Witterungsbedingungen
Im August 2001 war es insgesamt sehr warm und trocken: Bodentemperatur (-5 cm) 21,3 °C, Lufttemperatur (5 cm) 18,8 °C und Niederschläge 13,5 mm. Während der Ver- dichtungen im Dezember 2000 war die Wit- terung insgesamt sehr feucht und kühl, da- durch wurde der Boden stark verdichtet.
Während der zweiten Messreihe war der Un- terboden noch sehr trocken, deshalb wurden die Penetrometermessungen nur bis 20 cm durchgeführt und die Stechzylinderproben erst etwa einen Monat später entnommen (Bodenfeuchte 17 bis 20 %).
Bodenverdichtungen
Bei den Penetrometermesungen wird deut- lich, dass in einem Zeitraum von zehn Mo- naten Frostgare und Bodenorganismen keine nennenswerte Lockerung der Verdichtungen bewirkt haben (Bild 1). Den geringsten Ein- dringwiderstand zeigt die unverdichtete Kontrollfläche, den höchsten die Variante 3 (1,2 bar/6).
Die Stechzylinderproben vom Oktober 2001 zeigen bei Variante 1 bis -5 cm ähnli-
che Ergebnisse wie bei den anderen beiden Verdichtungsvarianten. Sie weist allerdings in einer Tiefe von -5 bis -10 cm eine erkenn- bar geringere Verdichtung auf, vergleichbar mit der nicht verdichteten Fläche (Bild 2).
Im Bereich ab -10 cm Bodentiefe ist kaum noch ein Unterschied zwischen den Varian- ten erkennbar.
Die Korrelationen der Penetrometer-Mes- sungen mit der Bodendichte der Stechzylin- derproben zeigen, dass beim Vergleich bei- der Messmethoden die Ableitung der Bo- dendichte von den Eindringwiderständen noch nicht möglich ist. Bei zwei Varianten (0,6 bar /2 und Kontrolle) sind die Korrela- tionen zwar sehr gut, die anderen beiden (1,2 bar/2 und 1,2 bar/6) zeigen jedoch eine sehr geringe Übereinstimmung.
Lachgasemissionen
Die kumulierten Emissionen nach der Gülle- ausbringung zeigen bei beiden Messkam- pagnen, dass die Variante 2 (1,2 bar/2) die höchsten Emissionen aufweist (Bild 3). Die Variante 3 (1,2 bar/6) und die Variante 1 (0,6 bar/2) emittieren im Dezember nur etwa 81/78 und im August 66/61 % der Lachgas- menge der Variante 2.
Ein Grund für die relativ geringe Emission der stark verdichteten Fläche könnte in der sehr ausgeprägten Versiegelung der Fläche
liegen. Dies führt zu einer erheblichen Ver- minderung der Gasdiffusion, so dass die Ver- weildauer der Gase im Boden zunimmt und dadurch die Möglichkeit zur weiteren Um- setzung gegeben ist.
Die sehr niedrigen Emissionswerte im Au- gust 2001 sind auf die hohen und effektiven Umsetzungsvorgänge zurückzuführen, die in dieser Jahreszeit vorherrschen. Dabei werden nur sehr geringe Mengen an Lachgas aus dem applizierten Dünger emittiert: 0,002 bis 0,0095 % des ausgebrachten Dünger- stickstoffs. Teilweise sind sogar negative Emissionen zu beobachten (Variante 1 nach 24 h).
Bei der Korrelation der Emissionswerte mit den Ergebnissen der Stechzylinderpro- ben (Bodendichte) und der Penetrometer- messungen (Eindringwiderstand) wird deut- lich, dass die Bodendichte sehr viel schlech- ter mit den Lachgasemissionen korreliert als der Eindringwiderstand (Bild 4.)
Die Penetrometermessungen zeigen gute Korrelationen in einer Tiefe von 0 bis -5 und -10 bis -15 cm.
Fazit
Insgesamt hat es sich bei den vorliegenden Ergebnissen gezeigt, dass ein verminderter Reifendruck von 0,6 bar und der damit ver- bundene verringerte Bodendruck sich posi- tiv auf die Lachgasemissionen auswirken.
Nach den vorliegenden Ergebnissen ist eine starke Verdichtung durch hohen Reifendruck und ungünstige Witterungsbedingungen hin- sichtlich Lachgasemissionen negativ zu be- werten. Bei einer noch stärkeren Verdich- tung nehmen die Emissionen wieder ab. Dies ist jedoch für die landwirtschaftliche Pro- duktion aus Ertrags- und Bodenschutzgrün- den nicht nutzbar.
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Variante 0 1 2 3
Reifendruck (in bar) Unbe- 0,6 1,2 1,2
Anzahl Überfahrten fahren 2 2 6
Korrel. koeffizient r 0,994 0,985 0,240 0,426
Table 1: Coefficients of correlation (Pearson) of measurements with pe- netrometer and soil ring samples to a depth of 20 cm
Tab. 1: Korrelationskoeffizienten (Pearson) der Messungen mit Penetrome- ter und Stechzylinder bis zu einer Tiefe von 20 cm
Bild 2: Bodendichte der unter- schiedlich verdichteten Flächen;
Varianten: Reifendruck/Anzahl Überfahrten
Fig. 2: Soil bulk density of diffe- rently compacted areas; treat- ment: tyre pressure/number of passes
Bild 3: Kumulierte Lachgasemis- sionen aus verdichteten Flächen;
Varianten: Reifendruck/Anzahl Überfahrten
Fig. 3: Cumulated N2O-N-emissi- ons from compacted soils;
treatment: tyre pressure/number of passes
Bild 4: Korrelation (Pearson) vown Lachgasemis- sionen mit Eindringwiderstand und Bodendichte Fig. 4: Correlation (Pearson) of nitrous oxide emissions with cone resistance and bulk density
